Учебники Рудзитис / 9

Лабораторный опыт. Распознавание солей аммония

1)В одну пробирку поместите немного кристаллического сульфата аммония (NH4)2SO4, в другую — нитрата аммония NH4NO3.

Вобе пробирки прилейте по 1—2 мл раствора гидроксида натрия и слегка нагрейте.

2)В струю выделяющегося газа поместите красную лакмусовую бумагу, смоченную дистиллированной водой.

Какой газ выделяется в данном опыте? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Как можно отличить соли аммония от других солей?

Выделение аммиака при взаимодействии соли со щёлочью — качественная реакция на ионы аммония:

Соли аммония. Качественная реакция на ионы аммония

90

1.Составьте уравнения реакций, при которых образуются: а) дигидрофосфат аммония; б) гидрофосфат аммония; в) фосфат аммония.

2.Какие свойства гидрокарбоната аммония используют при выпечке кондитерских изделий? Напишите уравнение реакции.

3.Начертите в тетради таблицу. В соответствующих графах запишите молекулярные и ионные уравнения реакций, поясняющих химические свойства указанных солей. Проверьте выполнение задания у соседа по парте.

NН4Сl

(NН4)2СO3 (NН4)2S (NН4)2SO4

4.10,7 г хлорида аммония смешали с гидроксидом кальция и смесь нагрели. Какой газ выделился? Рассчитайте его массу и объём (н. у.).

5.Рассчитайте объём (н. у.) и массу аммиака, требующегося для получения 5 т нитрата аммония.

1.Установите соответствие между исходными и полученными веществами.

Д. NH3 + CO2 + H2O

2. Отрицательную степень окисления азот проявляет в соединении

Язнаю качественную реакцию на ион аммония.

Яумею составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства солей аммония.

91

§ 27 Азотная кислота

"Вспомните механизм образования ковалентной химической связи.

"Какие реакции называют обратимыми?

"Какие общие свойства характерны для кислот?

Строение молекулы. Согласно представлениям о ковалентной связи структурную формулу азотной кислоты следовало бы изобразить так:

+5 O

H—O—N

O

Но при таком изображении вокруг атома азота оказывается вместо устойчивого восьмиэлектронного слоя десятиэлектронный слой (каждая общая электронная пара изображена валентным штрихом). Это противоречие устраняется, если допустить, что между атомом азота и одним из атомов кислорода существует связь, которая образуется по донорноакцепторному механизму (см. § 7). Тогда структурную формулу азотной кислоты можно было бы изобразить так:

(Между формулами стоит математический знак тождества.)

Однако опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между атомом азота и двумя атомами кислорода химические связи совершенно одинаковые, т. е. нет двойных и одинарных связей. Поэтому строение молекулы азотной кислоты следует изобразить так:

O

H—O—N

O

Оба атома кислорода, связанные только с азотом, равноценны; они находятся на одинаковом расстоянии от атома азота, т. е. четвёртая связь разделена поровну между двумя атомами кислорода.

Степень окисления азота в молекуле азотной кислоты равна +5 (от атома азота в сторону атомов кислорода смещено пять электронов). Валентность же азота равна четырём (имеются четыре общие электронные пары).

92

Физические свойства. Чистая азотная кислота — бесцветная дымящаяся жидкость с резким раздражающим запахом. Концентрированная азотная кислота обычно окрашена в жёлтый цвет. Такой цвет придаёт ей оксид азота(IV), который образуется вследствие частичного разложе-

ния азотной кислоты и растворяется в ней.

Химические свойства. Как и серная кислота, азотная кислота — сильный окислитель. Это связано с тем, что атом азота в её молекуле находится в степени окисления +5. Он легко принимает электроны и может восстанавливаться до степени окисления +4, +2, 0 и –3. Химические свойства азотной кислоты представлены в таблице 16.

93

Весьма характерны реакции концентрированной и разбавленной азотной кислоты с медью:

Cu + 4HNO3(конц.) = Сu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Сu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

При работе с концентрированной азотной кислотой необходимо соблюдать крайнюю осторожность: не допускать её попадания на кожу

и одежду!

Получение. В лаборатории азотную кислоту получают действием концентрированной серной кислоты на кристаллический нитрат натрия или калия при небольшом нагревании:

t

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3

При более сильном нагревании образуется сульфат натрия, но в этих

условиях азотная кислота разлагается.

В промышленности азотную кислоту получают окислением аммиака кислородом воздуха в присутствии катализатора (платины).

Первая стадия:

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

94

Рис. 26. Применение азотной кислоты (на белом фоне помещён материал, который вы будете изучать позже)

При избытке кислорода реакция протекает без выделения оксида азота(II):

+4 0 +5 –2

4NO2 + 2H2O + O2 4HNO3 + Q

Реакция оксида азота(IV) с водой экзотермическая и обра-

тимая. Это объясняется тем, что азотная кислота при нагре- См. § 5 вании разлагается. Чтобы сместить равновесие вправо, уве-

личивают давление.

Применение азотной кислоты показано на рисунке 26.

Разбавленная азотная кислота. Концентрированная азотная кислота

1.Объясните, почему азотную кислоту относят к кислотам-окисли- телям. Какие ещё кислоты-окислители вам известны? Можно ли отнести

кподобным кислотам соляную кислоту? Обсудите этот вопрос с соседом по парте.

2.При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с некоторыми металлами (Mg, Zn) может выделиться оксид азота(I) или азот. Напишите соответствующие уравнения окислительно-восстановительных реакций.

95

3.Напишите молекулярные, полные ионные и сокращённые ионные уравнения реакций, с помощью которых можно различить соляную, серную и азотную кислоты.

4.Приведите уравнения реакций: а) характерных только для азотной кислоты; б) общих для азотной и других кислот.

5.Напишите уравнения реакций, протекающих между серебром и разбавленной, а также концентрированной азотной кислотой. Покажите переход электронов и подчеркните окислитель одной чертой, а восстановитель двумя.

6.Используя рисунок 26, подготовьте компьютерную презентацию на

тему «Применение азотной кислоты».

7*. Какой объём аммиака (н. у.) потребуется для получения 50 т раствора с массовой долей азотной кислоты 0,5?

1.Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.

Используя Интернет, ознакомьтесь с видеофрагментами, иллюстрирующими взаимодействие концентрированной азотной кислоты

смедью.

Яумею составлять уравнения химических реакций, лежащих в основе получения азотной кислоты, и разъяснять закономерности их протекания.

Ямогу объяснить окислительные свойства разбавленной и концентрированной азотной кислоты.

96

"Что такое ряд активности металлов?

"Вспомните из курса биологии, что такое макроэлементы и микроэлементы.

Соли азотной кислоты называют нитратами. Нитраты щелочных металлов, кальция и аммония имеют ещё название селитры, например:

NH4NO3 — аммиачная селитра, NaNO3 — натриевая селитра. Получение. Нитраты образуются при взаимодействии:

1)металлов, основных оксидов, оснований, аммиака и некоторых солей с азотной кислотой;

2)оксида азота(IV) со щелочами.

В промышленности нитраты (селитры) главным образом получают в результате взаимодействия азотной кислоты или оксида азота(IV) с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов. Нитрат аммония получают в результате реакции концентрированной азотной кислоты с аммиаком:

HNO3 + NH3 = NH4NO3

Физические свойства. Все нитраты — твёрдые кристаллические ве-

щества, хорошо растворимые в воде.

Химические свойства. Подобно азотной кислоте, нитраты при нагревании разлагаются с выделением кислорода.

В зависимости от химической активности металла, входящего в состав соли, разложение нитратов происходит по-разному. Если обозначить атом одноили двухвалентного металла Me, то

процесс разложения нитратов при нагревании с учётом ряда активности металлов можно изобразить так:

Me находится левее Mg

MeNO2 + O2

Me находится правее Сu Me + NO2 + O2

Примеры:

t

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

нитрит

натрия

97

t

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

t

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2

Нитрат аммония разлагается с образованием оксида азота(I) и воды:

t

NH4NO3 = N2O + 2H2O

Азотная кислота и её соли содержат нитрат-ионы NO3–. Для качественного определения нитрат-ионов NO3– в пробирку помещают немного исследуемого вещества, добавляют медных стружек, приливают концентрированную серную кислоту и нагревают:

NaNO3 + H2SO4(конц.) = NaHSO4 + HNO3

t

4HNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Выделение газообразного оксида азота(IV) NO2 бурого цвета при взаимодействии соли с медью и серной кислотой — качественная реакция на нитрат-ионы NO3–.

Применение. Азот относится к макроэлементам, т. е. элементам, которые необходимы живым организмам в больших количествах. Помимо азота, к важнейшим макроэлементам относятся фосфор и калий. Удовлетворить потребность сельскохозяйственных растений в этих элементах можно с помощью минеральных удобрений.

В качестве МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ используют вещества, содержащие три важнейших питательных элемента — азот, фосфор и калий — и способные в почвенном растворе диссоциировать на ионы.

98

Как азотные удобрения используют также соли аммония и некоторые другие соединения азота (табл. 17). Нитрат калия служит и важнейшим калийным удобрением.

Удобрения, содержащие азот, фосфор и калий, получают в промышленных масштабах.

При правильном использовании минеральные удобрения — это наиболее эффективное средство повышения урожайности сельскохозяйст-

венных культур и качества получаемой продукции.

Таблица 17

Азотные удобрения

Нитрат натрия (натриевая селитра)

Нитрат калия (калийная селитра)

99